一种基于拉曼光谱的化学成分便携式远程分析装置制造方法
【专利摘要】为了提供一种体积尽可能小的拉曼光谱化学成分分析装置，本发明提出了一种基于拉曼光谱的化学成分的便携式远程分析装置，包括：MCU、拉曼光谱仪、编码开关、通信单元，以及远程处理单元。本发明能够在的数据库容量更大且实时更新，保存多个化学元素的拉曼谱图的数据库不断升级完善，可以解决便携式拉曼光谱仪自带的数据库或应用软件无法满足现场数据处理、分析、管理的部分缺陷，扩展便携式拉曼光谱仪的功能，使之更适应现场快速检测的现实需求。
【专利说明】一种基于拉曼光谱的化学成分便携式远程分析装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及拉曼光谱测量装置，更具体地，涉及一种基于拉曼光谱的化学成分便携式远程分析装置。
【背景技术】
[0002]在分析实验室中用光谱来测量材料的物理和分析性质是一种成熟的技术。拉曼光谱是这类技术中的一种，它能提供有关化学物质的组成或分子结构的定性和定量方面的信息。当入射辐射和物质相互作用时它可以发生一种称为散射的过程。经散射的射线可以是弹性的，这时入射线的波长在散射辐射中没有改变，也可以是非弹性的，其中散射辐射的波长与入射辐射不同。在非弹性散射的一种形式中，称它为拉曼散射，入射的光子在散射时或者获得能量，或者失去能量。散射与入射辐射能量的差别一般被称为拉曼迁移。得到的拉曼迁移光谱提供了各种分子振动运动的能量讯息并传达了有关所研究的物质的化学和分子结构方面的讯息。通过检测样品的拉曼光谱，可以定性甚至半定量地分析样品中的物质组成。拉曼光谱的检测周期相对于质谱法和色谱法等方法要短得多，在一些场合还可以基本达到实时的检测。传统的拉曼光谱仪体积庞大、结构复杂且造价昂贵，还需要专业的人员才能进行操作和分析。随着激光器、光电探测器和集成电路等相关部件和技术的发展，拉曼光谱仪目前已经在想小型化低成本方向发展。
[0003]便携式拉曼光谱仪自带数据库的容量是有限的，自带谱库判别软件的功能也是有局限的，而作为一个理想的便携式拉曼光谱测量装置最好具有很高的光谱采集效率，不断扩容的数据库，以及不断升级完善的谱库判别软件。这些因素决定了现场快速检测装置或系统是否真正具有生命力。
【发明内容】
[0004]为了提供一种体积尽可能小的拉曼光谱化学成分分析装置，本发明提出了如下的技术方案。
[0005]一种基于拉曼光谱的化学成分的便携式远程分析装置，包括:
[0006]MCU,其控制拉曼光谱的数据采集和该分析装置的数据传输；
[0007]拉曼光谱仪，其用于选用激光光源发射波长为785nm的近红外激光，激光能量参数选择100?200mw,积分时间参数选择5?20s,用所述两个参数得到最佳拉曼峰强度,通过连续扫描得到平均拉曼光谱；
[0008]编码开关，其通过由双向编码开关SW1、单稳态触发器74LS123，双D触发器745LS74和反相器组成编码开关电路连接所述MCU，所述编码开关电路发出不同的编码信号送至所述MCU;
[0009]通信单元，其用于向远程处理单元传输上述拉曼光谱仪采集到的平均拉曼光谱的数据，并接收远程处理单元返回的处理结果；
[0010]远程处理单元，其具有保存多个化学元素的拉曼谱图的数据库，根据上述平均拉曼光谱的数据进行化学成分的分析。
[0011]进一步地，所述分析装置还包括热敏打印机，用于打印所述处理结果的数值和图形记录；所述热敏打印机连接MCU，所述逻辑控制器控制所述热敏打印机的使能。
[0012]进一步地，所述分析装置上还设有电源指示灯，用于指示电源是否接通；所述电源指示灯连接MCU，所述逻辑控制器控制所述电源指示灯的使能。
[0013]进一步地，所述分析装置上还设有激光指示灯，用于指示所述拉曼光谱仪上的激光头是否工作；所述激光指示灯连接MCU，所述逻辑控制器控制所述激光指示灯的使能。
[0014]进一步地，所述MCU 选用 C8051F020U1。
[0015]本发明具有如下的有益效果:本发明能够在的数据库容量更大且实时更新，保存多个化学元素的拉曼谱图的数据库不断升级完善，可以解决便携式拉曼光谱仪自带的数据库或应用软件无法满足现场数据处理、分析、管理的部分缺陷，扩展便携式拉曼光谱仪的功能，使之更适应现场快速检测的现实需求。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1示出了根据本发明的优选实施例的基于拉曼光谱的化学成分的便携式远程分析装置的结构框图。
【具体实施方式】
[0017]参见图1，是本发明基于拉曼光谱的化学成分的便携式远程分析装置的电路框图，本发明基于拉曼光谱的化学成分的便携式远程分析装置，MCU，其控制拉曼光谱的数据采集和该分析装置的数据传输；拉曼光谱仪，其用于选用激光光源发射波长为785nm的近红外激光，激光能量参数选择100?200mw,积分时间参数选择5?20s,用所述两个参数得到最佳拉曼峰强度，通过连续扫描得到平均拉曼光谱；编码开关，其通过由双向编码开关SW1、单稳态触发器74LS123，双D触发器745LS74和反相器组成编码开关电路连接所述MCU，所述编码开关电路发出不同的编码信号送至所述MCU;通信单元，其用于向远程处理单元传输上述拉曼光谱仪采集到的平均拉曼光谱的数据，并接收远程处理单元返回的处理结果；远程处理单元，其具有保存多个化学元素的拉曼谱图的数据库，根据上述平均拉曼光谱的数据进行化学成分的分析。
[0018]所述分析装置还包括:
[0019]热敏打印机，用于打印所述处理结果的数值和图形记录；所述热敏打印机连接MCU,所述逻辑控制器控制所述热敏打印机的使能；
[0020]电源指示灯，用于指示电源是否接通；所述电源指示灯连接MCU，所述逻辑控制器控制所述电源指示灯的使能；
[0021]激光指示灯，用于指示所述拉曼光谱仪上的激光头是否工作；所述激光指示灯连接MCU，所述逻辑控制器控制所述激光指示灯的使能。
[0022]其中，CPU选用51系列的C8051F020U1，这是一个高速8位多功能MCU，可以在线编程。
[0023]该MCU周围设置有EEPR0M24WC08U3，数据存储器628128U5，实时时钟电路PCF8563U4，显示器接口 J5，热敏打印机接口 J6，编码开关电路、指示灯和激光功率控制电路。
[0024]由于接口及周边电路众多，还有一由3-8线解码器SN74HC138N U2构成的片选电路。
[0025]片选电路U2连接MCU Ul的Ρ5.4-P5.7脚。
[0026]EEPROM U3连接MCU Ul的P0.2、P0.3脚，选用二线串口方式连接。
[0027]数据存储器U5的地址线为14位，连接MCU Ul的P6 口、P5 口及P2.0、P2.1脚，数据线为8位，连接MCU Ul的数据口 P7 口，读写控制0E、WE连在MCU Ul的P4.6、P4.7脚。
[0028]实时时钟电路U4选用三线串口方式连接MCU Ul的P0.2、P0.3、P0.5三脚。
[0029]热敏打印机接口 J6连接MCU的数据口 P7 口，其选中端通过与门MC74HC32AN的一组U14分别连接片选电路U2的Y2和MCU Ul的P4.7脚，其BUZY端连接MCU Ul的P4.3脚。
[0030]激光功率控制电路由运算放大器LM358组成，其正输入端连接MCU Ul的DACO脚，其输出端通过插头J4连接拉曼光谱仪的激光控制信号键。
[0031]电源电路主的接口 J7、J8连接交流输入，输出JlO连接显示器、输出Jll连接热敏打印机，输出J12连接拉曼光谱仪的电源输入。
[0032]指示灯Dl、D2通过接口 J13分别连接MCU Ul的P3.5、P3.6脚，分别指示电源开和激光开。
[0033]上述通信单元采用移动通信技术，例如3G/4G技术，与远程处理单元进行通信，其向远程处理单元发送待分析的谱图，并接收分析结果。
[0034]所述数据库中存储有大量的标准拉曼光谱谱图，作为参考拉曼光谱，与由远程处理单元接收到的平均拉曼光谱数据进行比较，判断所述平均拉曼光谱代表的是何种化学成分。比较的方法包括聚类分析、人工神经网络、支持向量机等。
[0035]以上的实施例仅仪是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
【权利要求】
1.一种基于拉曼光谱的化学成分的便携式远程分析装置，包括 MCU,其控制拉曼光谱的数据采集和该分析装置的数据传输； 拉曼光谱仪，其用于选用激光光源发射波长为785nm的近红外激光，激光能量参数选择100?200mw,积分时间参数选择5?20s,用所述两个参数得到最佳拉曼峰强度,通过连续扫描得到平均拉曼光谱； 编码开关，其通过由双向编码开关SW1、单稳态触发器74LS123，双D触发器745LS74和反相器组成编码开关电路连接所述MCU，所述编码开关电路发出不同的编码信号送至所述MCU ; 通信单元，其用于向远程处理单元传输上述拉曼光谱仪采集到的平均拉曼光谱的数据，并接收远程处理单元返回的处理结果； 远程处理单元，其具有保存多个化学元素的拉曼谱图的数据库，根据上述平均拉曼光谱的数据进行化学成分的分析。
2.根据权利要求1所述的基于拉曼光谱的化学成分的便携式远程分析装置，其特征在于:所述分析装置还包括热敏打印机，用于打印所述处理结果的数值和图形记录；所述热敏打印机连接MCU，所述逻辑控制器控制所述热敏打印机的使能。
3.根据权利要求2所述的基于拉曼光谱的化学成分的便携式远程分析装置，其特征在于:所述分析装置上还设有电源指示灯，用于指示电源是否接通；所述电源指示灯连接MCU，所述逻辑控制器控制所述电源指示灯的使能。
4.根据权利要求3所述的基于拉曼光谱的化学成分的便携式远程分析装置，其特征在于:所述分析装置上还设有激光指示灯，用于指示所述拉曼光谱仪上的激光头是否工作；所述激光指示灯连接MCU，所述逻辑控制器控制所述激光指示灯的使能。
5.根据权利要求5所述的基于拉曼光谱的化学成分的便携式远程分析装置，其特征在于:所述MCU选用C8051F020。
【文档编号】G01N21/65GK104458700SQ201410756412
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月11日 优先权日:2014年12月11日
【发明者】许驰 申请人:成都鼎智汇科技有限公司